半导体二极管及其应用电路ppt课件.ppt

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1、《模拟电子技术》制作：郑敏二00五年五月第1章半导体二极管及其应用电路本章主要内容：1.1半导体的基础知识1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体二极管的应用1.5本章小结1.1半导体的基础知识1.1.1半导体的导电特性1.1.2PN结1.1.1半导体的导电特性自然界中的各种物质按其导电性能的不同可划分为：导体、半导体和绝缘体。一、半导体的特点（1）热敏性（2）光敏性（3）掺杂性二、本征半导体半导体按其是否掺入杂质来划分，又可分为：本征半导体和杂质半导体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体

2、。1.1.1半导体的导电特性（1）本征半导体的原子结构及共价键共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。图1-1所示为硅和锗的原子结构和共价键结构。1.1.1半导体的导电特性图1.1硅和锗的原子结构和共价键结构1.1.1半导体的导电特性（2）本征激发现象当温度升高或受光照射时，共价键中的价电子获得足够能量，从共价键中挣脱出来，变成自由电子；同时在原共价键的相应位置上留下一个空位，这个空位称为空穴。在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，所以称之为电子—空穴对。本征激发所产生的电子空

3、穴对如图1-2所示。1.1.1半导体的导电特性图1-2本征激发产生电子—空穴对1.1.1半导体的导电特性在外电场或其他能源的作用下，邻近的价电子和空穴产生相对的填补运动。这样，电子和空穴就产生了相对移动，它们的运动方向相反，而形成的电流方向是一致的。由此可见，本征半导体中存在两种载流子：电子和空穴，而导体中只有一种载流子：自由电子，这是半导体与导体的一个本质区别。1.1.1半导体的导电特性图1-3束缚电子填补空穴的运动1.1.1半导体的导电特性电子和空穴产生了相对移动，虽然运动方向相反，但产生电流的方向一致

4、，因而半导体中有两种载流子参与导电。这是半导体与导体的本质区别。三、杂质半导体在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。（1）P型半导体在纯净的半导体材料硅（或锗）中掺入微量的三价元素（如硼），则可构成P型半导体。1.1.1半导体的导电特性因3价元素只有3个价电子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，由于缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量，有可能填补这个空位，使原子成为一

5、个不能移动的负离子，半导体仍然呈现电中性。如果满足本征激发条件，半导体中也会产生电子—空穴对。如图1-4所示。1.1.1半导体的导电特性图1-4P型半导体共价键结构与简化示意图电子-空穴对1.1.1半导体的导电特性P型半导体的特点：多数载流子为空穴；少数载流子为自由电子。（2）N型半导体在纯净的半导体材料硅（或锗）中掺入微量的五价元素（如磷），则可构成N型半导体。因磷原子有5个价电子，它取代硅（或锗）原子，而与相邻的4个硅（或锗）原子组成4个共价键时，因多出的一个价电子，这个电子便成为自由电子。如图1-5所

6、示。1.1.1半导体的导电特性图1-5N型半导体的共价键结构及其简化示意图电子—空穴对1.1.1半导体的导电特性N型半导体的特点：多数载流子为自由电子；少数载流子为空穴。结论：杂质半导体中的多数载流子的浓度与掺杂浓度有关；而少数载流子是因本征激发产生，因而其浓度与掺杂无关，只与温度等激发因素有关。1.1.1半导体的导电特性1.1.2PN结一．PN结的形成多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图1-6所示。图1-6P型和N型半导体交界处载流子的扩散1.1.2PN结因电子与空穴在扩散过程中会产生复

7、合，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面靠近P区一侧留下了不能移动负离子，靠近N区一侧留下了等量的正离子。P区和N区交界面两侧形成的正、负离子薄层，称为空间电荷区。1.1.2PN结由于空间电荷区的出现，建立了PN结的内电场。电场的出现阻碍了扩散运动的进行，却有利于少数载流子的漂移运动，当两种运动达到动态平衡时，形成的稳定空间电荷区就是所谓的PN结。如图1-7所示。PN结内部载流子运动动态演示1.1.2PN结图1-7PN结的形成1.1.2PN结二．PN结的单向导电性PN结最基本的特性就是单向

8、导电性，即外加正向电压时，PN结导通；外加反向电压时，PN结截止。（1）外加正向电压当PN结加上正向电压，即P区接电源正极，N区接电源负极。此时，称PN结加正向偏置电压，简称“正偏”，如图1-8所示。1.1.2PN结图1.8PN结外加正向电压1.1.2PN结（2）外加反向电压P区接电源的负极，N区接电源的正极，称为PN结外加反向电压，又称为PN结反向偏置，简称“反偏”，如图1-9所示。在常温下，由于少数载流子有限